微混合器的混合性能實(shí)驗(yàn)研究及其應(yīng)用與設(shè)計(jì).pdf

1、微流體系統(tǒng)可以明顯強(qiáng)化“三傳一反”過(guò)程，近年來(lái)在化學(xué)工業(yè)、生物制藥等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。其中微混合器是微流體系統(tǒng)中的核心組件，微混合器中微觀混合性能的高低直接關(guān)系到后續(xù)化學(xué)反應(yīng)中目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性與產(chǎn)率。因此，微混合器的混合過(guò)程與混合性能受到國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注與研究，成為化工研究的熱點(diǎn)之一。
　　本文利用碘化物-碘酸鹽快速平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)對(duì)分離再結(jié)合型和內(nèi)交叉指型微混合器的微觀混合性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)在適宜氫離子濃度下考察了雷諾數(shù)和

2、待混合流股的體積流量比對(duì)微混合器離集指數(shù)的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)所研究的兩種微混合器，雷諾數(shù)的增大有利于微觀混合性能的提高，分離再結(jié)合型微混合器和內(nèi)交叉指型微混合器的離集指數(shù)由雷諾數(shù)為78時(shí)的0.2132和0.2284減小為雷諾數(shù)為3100時(shí)的0.0035和0.00605。離集指數(shù)隨著體積流量比的增加而變大，表明微混合器的微觀混合性能變差，當(dāng)體積流量比為1時(shí)，兩種微混合器的離集指數(shù)最小，微觀混合性能最好。在雷

3、諾數(shù)介于78～3100時(shí)分離再結(jié)合型微混合器的混合效果略好于內(nèi)交叉指型微混合器。
　　在微觀混合性能研究基礎(chǔ)上，采用混合性能較好的分離再結(jié)合型微混合器合成了ZSM-5分子篩，并利用XRD、SEM和BET表征合成出的分子篩。研究表明分離再結(jié)合型微混合器可以在很短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)合成液的均勻混合，其混合效果比傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器的好。合成出的ZSM-5分子篩相對(duì)結(jié)晶度增大、比表面積增大。總進(jìn)料流量為28mL/min時(shí)相對(duì)結(jié)晶度為100％，比表面積

4、為235.6681m2/g。
　　在充分研究分離再結(jié)合型微混合器微觀混合機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一種基于參數(shù)化曲線設(shè)計(jì)的新型被動(dòng)式微混合器，為增加擾動(dòng)且使流體在微流道中產(chǎn)生分離再結(jié)合的效果，所設(shè)計(jì)的微混合器采用了內(nèi)置阻塊的結(jié)構(gòu)。并通過(guò)數(shù)值模擬研究了所設(shè)計(jì)混合器在Re介于0.1～80范圍內(nèi)的混合性能。阻塊的排列方式和混合單元數(shù)對(duì)微混合器混合性能均有影響。計(jì)算表明不平衡分離型微混合器的混合性能比平衡分離型微混合器的混合性能更好。在所研究的